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Medizinische Bildverarbeitung

Volumendarstellung aus MRT-Bildmaterial

Studienarbeit von Isabelle Jahnich

Motivation

Die Therapie eines Patienten mit Kopftumor beginnt mit einer exakten Lokalisierung des Tumors. Dies ist einfacher im Falle eines kompakten als im Falle eines verzweigten Tumorherdes. Desto komplexer die Tumorstruktur ist, desto hilfreicher ist eine dreidimensionale Ansicht des krankhaften Gewebes, eingebettet in die Strukturen des Kopfes. Diese Studienarbeit soll die Ausdruckskraft der zweidimensionalen Schichtbilder durch unterschiedliche Volumendarstellungen so erhöhen, dass eine bessere Lokalisierung des Tumors und somit in medizinischer Weiterentwicklung auch eine höhere Chance zur Heilung dieser komplexen Krebsarten möglich ist.

Auch die Darstellung von Objekten ist mit fortschreitender Entwicklung immer detaillierter geworden. Computergenerierte Figuren in PC-Spielen bestehen heute aus bis zu 5.000 Polygonen, die dann in Echtzeit zum Leben erweckt werden. In computeranimierten Kinofilmen sorgen sogar bis zu eine Million Polygone für atemberaubende Genauigkeit der Figuren (z.B. Haare). Diese Polygone müssen berechnet werden, weil es unmöglich ist, sie "manuell" zu editieren. Dafür gibt es Berechnungsmethoden, wie z.B. Bézier und B-Spline, die echt gekrümmte Kurven und Flächen berechnen, die aus unzähligen kleinen Teilstrecken und Polygonen bestehen.

Aufgabenstellung

Die der Arbeit zugrunde liegenden MRT (Magnet-Resonanz-Tomographie) Aufnahmen existierten zum Zeitpunkt der Bearbeitung nicht mehr digital, so dass eine entsprechende Digitalisierung vorgenommen werden musste. Teil der Aufgabe war es folglich, eine geeignete Methode der Digitalisierung zu finden und umzusetzen. Im weiteren Verlauf galt es, durch entsprechende Software den Kopf als dreidimensionales Objekt darzustellen, so dass bestimmte innere Strukturen und vor allem die Ausmaße der Tumore deutlich wurden.

Ergebnisse

Die Digitalisierung der zur Verfügung stehenden Aufnahmen stellte sich als aufwändig und schwierig heraus. Die verschiedenen Versuche, die Bilder in eine vom Computer lesbare Form umzuwandeln, brachten zahlreiche Probleme mit sich. Während sich die Fotografie mit der Digitalkamera wegen auftretender Reflektionen als ungeeignet herausstellte und die Digitalisierung mit Hilfe des Scanners verdunkelte Bilder erzeugte, führte erst der entsprechende Transparenzaufsatz des Scanners zu akzeptablen Ergebnissen.

Als größtes Problem erwies sich die Klassifizierung der Voxel. Es war kaum zu realisieren, die Tumore von der Schädeldecke bzw. den interpolierten Zwischenwerten abzugrenzen. Aus diesem Grund wurden die zu visualisierenden Geschwüre immer von Teilen der Schädeldecke bzw. von durch die Interpolation entstandenen Streifen verdeckt. Erst in der extrahierten Volumendarstellung der Tumore wurde deren Größe und Struktur.

Die eigentliche Volumenvisualisierung wurde mit VTK (Visualization Toolkit) und IDL (Interactive Data Language)  realisiert.
In der dreidimensionalen Darstellung des Kopfes bzw. der Tumore wurden Ausmaß und Form der Geschwüre sehr klar. Die ringförmige Ausbreitung am Hinterkopf ließ sich den zweidimensionalen MRT-Aufnahmen kaum entnehmen, während sie im Dreidimensionalen gut zu erkennen waren.

Für weitere Informationen bitte E-Mail an bella(at)uni-paderborn(dot)de.

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